超聲波萃取利用超聲波輻射壓強產生的強烈空化應效應、機械振動、擾動效應、高的加速度、乳化、擴散、擊碎和攪拌作用等多級效應，增大物質分子運動頻率和速度，增加溶劑穿透力，從而加速目標成分進入溶劑，促進提取的進行。
超聲波是一種彈性機械振動波，與電磁波本質上不同。因為電磁波在真空中傳播，而超聲波必須在介質中傳播，穿過介質時，形成膨脹和壓縮的全過程。在液體中，膨脹過程形成負壓。如果超聲波能量足夠強，膨脹過程會在液體中生成氣泡或將液體撕裂成很小的空穴。這些空穴瞬間閉合，閉合時產生高達3000MPa的瞬間壓力，稱為空化作用，整個過程在400μs內完成。
細化物質以及制造乳液，加速目標成分進入溶劑，提高提取率。除空化作用外，超聲波的許多次級效應也都利于目標成分的轉移和提取。成穴現象的重要意義在于氣泡破裂時發生的反應。一些點位，氣泡不再吸收超聲波能量，而產生內爆。氣泡或空穴里的氣體和蒸汽快速絕熱壓縮，產生的溫度和壓力。氣泡體積相對液體總體積來說極微，因此產生的熱量瞬間散失，對環境條件不會產生明顯影響，空穴泡破裂后的冷卻速度估計約為1010℃/s。
提供能量和物質間的相互作用，產生的高溫高壓能導致游離基和其它組份的形成。純液體中，空穴破裂時，由于周圍條件相同，因此總保持球形；然而緊靠固體邊界處，空穴的破裂是非均勻的，產生高速液體噴流，使膨脹氣泡的勢能轉化成液體噴流的動能，在氣泡中運動并穿透氣泡壁。
噴射流在固體表面的沖擊力非常強，沖擊區造成破壞，從而產生高活性的新鮮表面。破裂氣泡形變在表面上產生的沖擊力比氣泡諧振產生的沖擊力要大數倍。超聲波的上述效應，從不同類型的樣品中提取各種目標成份是非常有效的。施加超聲波，在有機溶劑和固體基質接觸面上產生的高溫、高壓，加之超聲波分解產生的游離基的氧化能等，從而提供了高的萃取能。
